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Full text of "Physikalische Hypothesen und ihre Wandlungen akademische Festrede gehalten ..."

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^arbail) College Htbrarg 



DANIEL TREADWELL FUND 

Rcsiduary legacy fram Daniel Treadwdl, Rumford 

Professur and Lecturer on Ihe Applicatian 

of Sciente to the Useful Arts 



SCIENCE CENTER LIBRARY 



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Physikalische Hypothesen 
und ihre Wandlungen. 

Akademische Festrede 

gehalten am 19.November 1904 anläßlich der Feier des 

86. Stiftungsfestes der K. Warft Undwirtschaftlichen 

Hochschule Hohenbeim 



Dr. Karl Mack, 

). Profeuor der Physik nad Meteoroloiie. 



MH Anmerkiuigen und Literaturnachwelsen. 



LEIPZIG. 

Verlag von Johann Ambrosius Barth. 
1905. 



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Spamersche Buchdruckerei in Leipzig. 



Hochansehnliche Versammlung! 
Verehrte Damen und Herren I 

An der beinahe verwirrenden Fülle von Ent- 
deckungen, die in neuer und neuester Zeit auf dem 
Gebiet der Naturwissenschaften gemacht worden 
sind, ist die physikalische Wissenschaft in hervor- 
ragendem Maße beteiligt gewesen. Vergleichen wir 
den heutigen Stand der physikalischen Kenntnisse 
mit demjenigen vor 100 Jahren, welch ein gewaltiger 
Unterschied tritt uns da entgegen! Zu Anfang des 
19. Jahrhunderts waren die Physiklehrbacher noch 
dünn und dOnn gesäet, was beides heutzutage nicht 
mehr zutrifft; fast alle Einzelkapitel, mit alleiniger 
Ausnahme der Mechanik, sind seitdem zu erheblich 
größerem Umfang angeschwollen, ja, einzelne Kapitel, 
und darunter gerade die wichtigsten, sind ganz neu 
hinzugekommen. So fehlte z. B. vor 100 Jahren 
noch ganz die Lehre von den elektrischen Strömen, 
denn die kurz zuvor gemachten Entdeckungen 
Galvanis und Voltas hatten nur die allerersten Bau- 
steine geliefert zu dem stolzen Bau, den die Lehre 
vom Galvanismus heute darstellt. Auch die Optik 

war damals ein noch sehr eng begrenztes und wenig 

1* 



— 4 — 

bearbeitetes Gebiet; die Wellenlehre des Lichts, die 
heute sämtliche optischen Erscheinungen einheitlich 
zu erklären gestattet, war damals noch nicht zur 
Anerkennung gelangt Aber vom ersten Jahrzehnt 
des verflossenen Jahrhunderts ab häuften sich die 
großen Entdeckungen immer mehr; in rascher Folge 
wurden von Orstedt, Ohm, Ampere, Faraday 
die grundlegenden Eigenschaften des galvanischen 
Stroms festgestellt, eine Epoche des VorwärtsstOrmens, 
die mit Faradays Entdeckung der galvanischen 
Induktion im Jahr 1831 zunächst zu einem gewissen 
Abschluß kam. Weiter folgte, um nur die wichtig- 
sten Errungenschaften auf der Bahn des Fortschritts 
hervorzuheben, im Jahre 1842 durch Julius Robert 
Mayer die Aufstellung des Prinzips von der Er* 
haltung der Energie, des bis heute unerschütterten 
Grund- und Ecksteins naturwissenschaftlicher Er- 
kenntnis. Im Jahr 1859 begründeten Bunsen und 
Kirchhoff die Spektralanalyse, und eröffneten durch 
die Möglichkeit, auch die stoffliche Zusammen- 
setzung der fernsten Himmelskörper zu ergründen, 
ein unermeßliches Arbeitsgebiet, von dem selbst ein 
Alexander v. Humboldt^) noch kurz zuvor ge- 
glaubt hatte, daß es dem menschlichen Forschungs- 
geist dauernd verschlossen sei. Einen weiteren 
bahnbrechenden Fortschritt bedeuteten in den 80 er 
Jahren die Forschungen von Heinrich Hertz, der 
zeigte, daß die elektrischen Wirkungen im Raum 



— 5 — 

sich mit der Geschwindigkeit des Lichts ausbreiten, 
und daß alles Licht nichts anderes als eine elek- 
trische Erscheinung ist. Von den hervorragenden 
Entdeckungen des letzten Jahrzehnts ist noch in 
frischer Erinnerung die der Röntgenstrahlen mit 
dem beinah unheimlichen Eindruck, den sie zunächst 
auf jedermann hervorbrachte; daß ihr Entdecker in 
froherer Zeit unserer Hochschule angehört und vor 
29 Jahren an dieser Stelle die Festrede gehalten hat'), 
dessen dtlrfen wir uns heute mit Stolz erinnern. 
Aber so reich die Ernte der Entdeckungen ist, mit 
der das 19. Jahrhundert schloß, das 20. scheint es 
noch überbieten zu wollen. Eine Entdeckung, die 
neuerdings alles andere in den Hintergrund drängt, 
und die das höchte Interesse ebenso der Physiker 
wie der Chemiker wachruft, ist die Entdeckung 
des Radiums und der Erscheinungen der 
sogenannten Radioaktivität Es scheint hier 
eine Pforte geöffnet zu sein, die zu neuen unge- 
ahnten Erkenntnissen zu fahren bestimmt ist, und 
die jetzt schon überraschende Einblicke gestattet in 
die tiefsten Probleme der Naturforschung. Die Ent- 
deckung des Radiums ist aber auch noch insofern 
von Interesse und durchaus modernen Charakters, 
als sie von einer Dame, Frau Curie in Paris, ge- 
macht worden ist, eine Tatsache, die geeignet er- 
scheint, das neuzeitliche Streben des weiblichen Ge- 
schlechts nach umfassenderer und tieferer Bildung 



— 6 — 

und seine Berechtigung in helles Lichf zu setzen. 
Diese großen und bahnbrechenden Entdeckungen 
der letzten 100 Jahre haben nun nach zwei Rich- 
tungen weittragende Folgen gehabt Einerseits 
konnte es nicht ausbleiben, daß die Enthüllung so 
zahlreicher, bisher unbekannter Naturvorgänge zu 
einer Menge von praktischen Anwendungen anregte, 
deren sich die Technik rasch in erfolgreicher und 
umfassender Weise bemächtigte. Es sei hier nur an 
die zahllosen Anwendungen der Elektrizität erinnert, 
die das moderne Leben nach vielen Richtungen 
wesentlich umgestaltet haben. Diese Nutzbarmachung 
der Entdeckungen der Wissenschaft fflr die Praxis 
wurde wiederum in wirksamster Weise gefördert 
durch das Eingreifen genialer Männer, die, Wissen- 
schaft und Technik miteinander verschmelzend, die 
Welt mit den wertvollsten Gaben beschenkten. So 
verdanken wir einem Werner Siemens in der 
Konstruktion der ersten Dynamomaschine die Mög- 
lichkeit der elektrischen ArbeitsQbertragung, durch 
welche heutzutage unzählige Motoren in unseren 
Werkstätten und Trambahnwagen in den Straßen 
unserer Großstädte in Bewegung gesetzt werden, 
und welche auch für den landwirtschaftlichen Be- 
trieb bei geeigneter Anwendung sich in hohem 
Maße wertvoll erweist; so beschenkte uns ein 
Edison mit der elektrischen GlOhlampe, die in 
Millionen von Exemplaren Ober alle Weltteile ver- 



"1 



- 7 — 

breitet ist und die unter allen bis jetzt erfundenen 
Beleuchtungsmitteln wohl am vollkommensten den 
Wunsch erfallt, den Goethe in die Worte kleidete'): 

„Wüßte nichts, was sie Bessres erfinden könnten, 
Als daß die Lichter ohne Putzen brennten; •— 

SO schuf Marco ni, fußend auf den Entdeckungen 
von Heinrich Hertz, die Telegraphie ohne Draht, 
die für friedliche und kriegerische Zwecke sich 
ähnliche Bedeutung zu erringen scheint, wie ihre 
altere Schwester, die gewöhnliche Telegraphie. 
Wenn wir uns vergegenwärtigen, wie diese Heroen 
der Technik mit ihren Erfindungen umfassende neue 
Industriezweige geschaffen haben, wie ihre Ideen in 
zahllosen Fabriken und Werkstätten verwertet und 
weitergebildet werden, wie Millionen von Menschen 
in den neugeschaffenen praktischen Betrieben be- 
schäftigt sind, von den Arbeitern in den elektrischen 
Fabriken, den Monteuren, welche die Installationen 
vornehmen, den Telegraphisten und Telephonisten 
männlichen und weiblichen Geschlechts bis zu den 
Lenkern der elektrischen Trambahnwagen, so können 
wir uns an das Wort Schillers erinnern: 

„Wenn die Könige baun, haben die Kärmer zu tun/' 

Aber noch nach einer anderen Richtung erwies 
sich die eingangs skizzierte Vermehrung des uns 
bekannten Tatsachenmaterials als bedeutungsvoll. 
Je mehr Lücken in der Erkenntnis der physikalischen 



— 8 - 

Erscheinungen sich schlössen, desto deutlicher 
mußten die Zusammenhänge zwischen den einzelnen 
Tatsachengruppen hervortreten; icanstliche bisher 
festgehaltene Grenzen mußten verschwinden, 
und auf unsere Grundvorstellungen von den 
physikalischen Vorgängen mußte neues Licht 
fallen. 

Es sei gestattet, die Wichtigkeit dieser Folgen 
sogleich an einem Beispiel zu veranschaulichen. 
Um die Erscheinungen der Elektrizität zu erklären, 
nahm man seit dem Ausgang des 18. Jahrhunderts 
eine elektrische Materie oder ein elektrisches Fluidum 
an, das in zwei Modifikationen, als positiv elektrisches 
und als negativ elektrisches Fluidum, vorhanden sein 
sollte. Weiter setzte man, behufs Erklärung der mag- 
netischen Vorgänge, ein anders geartetes magneti- 
sches Fluidum, dieses ebenfalls in zwei Modifika- 
tionen auftretend, voraus. Elektrizität und Magne- 
tismus waren dementsprechend damals noch völlig 
getrennte Gebiete. Die Erscheinungen des Elektro- 
magnetismus waren es dann, welche die Brücke 
zwischen ihnen schlugen. Es gelang dem Franzosen 
Ampere, den Nachweis zu liefern, daß die Annahme 
des besondem magnetischen Fluidums OberflOssig 
ist; er zeigte, daß sämtliche Erscheinungen des Mag- 
netismus sich zurfickfQhren lassen auf die Wir- 
kungra elektrischer Ströme. Während man früher von 
jeder Eisenmolekel angenommen hatte, daß sie an 



- 9 - 

zwei diametral gegenfiberliegenden Punkten einer- 
seits mit einer Dosis nordmagnetischen Fluidums, 
andererseits mit einer ebensogroßen Dosis südmag- 
netischen Fluidums ausgestattet sei, stellte Amp&re 
die Hypothese auf, daß die Eisenmolekel von einem 
elektrischen Kreisstrom umflossen sei und zeigte, 
daß sämtliche bekannten magnetischen Erscheinun- 
gen sich durch sie erklären lassen. Nach Ampere 
ist also aller Magnetismus als Elektromagnetismus 
aufzufassen; die Scheidewand zwischen Magnetismus 
und Elektrizität war damit gefallen, die magnetischen 
Vorgänge waren durchaus auf elektrische zurück- 
geführt Wie viel befriedigender es aber für den 
menschlichen Geist ist, statt zweier verschiedener 
hypothetischer Fluida, eines elektrischen und eines 
magnetischen, mit einem einzigen, dem elektrischen 
auszukommen, liegtauf der Hand. Die Ökonomie 
der Wissenschaft — ein Begriff, den der Wiener 
Physiker und Philosoph Ernst Mach eingeführt 
hat*) — wird durch solche Vereinfachung aufs wirk- 
samste gefordert. 

Bezüglich jenes elektrischen Fluidums, das wir 
bei vorstehender Betrachtung als einziges übrig be- 
hielten, mag noch beigefügt werden, daß man bald 
gesucht hat, es ebenfalls über Bord zu werfen und 
das Wesen der Elektrizität etwa bloß in Bewegungs- 
vorgängen zu erblicken. Gerade aus den allemeue- 
sten Forschungen auf dem Gebiet der sogenannten 



- 10 — 

Kathodenstrahlen und der Radioaktivität 
geht indes mit großer Wahrscheinlichkeit hervor, 
daß etwas wie ein elektrisches Fluidum doch tat- 
sächlich existiert; das elektrische Fluidum ist wieder- 
erstanden in den sogenannten Elektronen, klein- 
sten Elementarquanten der Elektrizität, auf die wir 
im spätem Verlauf dieser Ausführungen noch zurück- 
kommen werden. 

Das mitgeteilte Beispiel läßt uns erkennen, wie 
die Verschmelzung bisher getrennter Wis- 
sensgebiete zugleich von einer Änderung 
physikalischer Grundvorstellungen begleitet 
ist Die Vereinigung der magnetischen und der 
elektrischen Erscheinungen zu einem einheitlich be- 
greifbaren Gebiet konnte sich erst vollziehen auf 
dem Grund jener Amp Preschen Hypothese, daß die 
Molekel einer magnetischen Substanz umflossen sei 
von einem kleinen elektrischen Kreisstrom. 

Diese geniale Annahme des berühmten franzö- 
sischen Forschers ist nun eine richtige Hypothese 
im Sinne der Logik. Wenn unter einer Hypothese, 
allgemein gesprochen, die nur auf Wahrscheinlich- 
keit beruhende Prämisse eines logischen Schluß- 
verfahrens verstanden wird, das die einzelnen Tat- 
sachen der Beobachtung als notwendige Folgerun- 
gen aus der Prämisse ergibt, so erfüllt die Am- 
pere sehe Hypothese, wie wir gesehen haben, die 
in dieser Definition aufgestellte Forderung. Sie ist 



— 11 — 

eine nicht direkt als wahr erweisbare Grundvor- 
stellung über die Natur des Magnetismus, aus wel- 
cher sich alle beobachtbaren magnetischen Tatsachen 
als notwendige Folgerungen ergeben. Ihre Brauch- 
barkeit wird außerdem erhöht durch die enge Be- 
ziehung, die sie zwischen den magnetischen und 
elektrischen Erscheinungen herstellt 

In diesem Zusammenhang ist es nun gerecht- 
fertigt, kurz die Frage zu berühren: „Was veran- 
laßt uns überhaupt dazu, Hypothesen auf- 
zustellen? warum lassen wir uns nicht viel- 
mehr genügen an der Kenntnis der direkt 
beobachtbaren Tatsachen?*" 

Was uns zur Aufstellung von Hypothesen treibt, 
ist unser Wunsch, die Gründe der Erscheinungen 
kennen zu lernen, mit andern Worten, das Bedürf- 
nis unseres Geistes, eine kausale, eine ursäch- 
liche Erklärung der Beobachtungstatsachen zu 
finden. Wir sind überzeugt, daß eine solche Er- 
klärung möglich ist; es ist, in der Sprache der Lo- 
gik ausgedrückt, ein unabweisbares Postulat unseres 
Erkenntnisstrebens, daß das Gegebene, das Beob- 
achtete, notwendig sei und als nach allgemeinen 
Regeln aus seinen Gründen hervorgehend erkannt 
werden könne. Eine solche kausale Erklärung wird 
aber ermöglicht durch den Ausgang von einer Hy- 
pothese, die weiteres logisches Fortschreiten der 
Gedankenreihe gestattet in der Weise, daß die 



~ 12 - 

nachfolgenden Schlußglieder zu den vorangebenden 
im Verhältnis von Wirkung zur Ursache stehen.^) 

Auf diesem Bedürfnis nach kausaler Erklärung, 
das wir kurz KausalitätsbedQrfnis nennen wollen, 
beruht es auch, daß beim Studium irgend eines 
physikalischen Vorgangs unser Geist sich nicht etwa 
genügen läßt an der Aufstellung einer bloß empi- 
risch gefundenen Gesetzmäßigkeit, mit deren Hilfe 
sich zwar der Vorgang genau zahlenmäßig be- 
schreiben^) läßt, die aber Ober den tiefem ursäch- 
lichen Zusammenhang nichts aussagt 

Es sei gestattet, dies wiederum an einem Beispiel 
näher zu erläutern. In einem Gefäß sei ein bestimmtes 
Quantum irgend eines Gases von bestimmter Tem- 
peratur eingeschlossen. Wir wissen, und es läßt 
sich auf geeignete Weise zeigen, daß das Gas einen 
gewissen Druck auf die Gefäßwandungen ausübt 
Wenn nun die Temperatur des Gases um einige 
Grade erhöht wird, so bemerken wir, daß der Druck 
auf die Flächeneinheit der Wandung größer .ge- 
worden ist Die Gesetzmäßigkeit, nach welcher diese 
Druckzunahme erfolgt, kennt man genau, das Ma- 
riotte - Gaylussacsche Gesetz beschreibt die ein- 
tretenden Veränderungen vollständig; aber so wert- 
voll und wichtig die Aufstellung dieses Gesetzes 
ist, es vermittelt uns doch nur eine rein äußerliche 
Kenntnis des Vorgangs, es faßt bloß das direkt Be- 
obachtbare in eine bequeme Formel zusammen. 



— 13 — 

während es über den ursächlichen Zusammenhang 
zwischen der Temperaturerhöhung und der Druck- 
zunahme rein nichts aussagt; es gibt uns bloß das 
Wie des Geschehens, nicht das Warum. Das 
letztere aber ist es, zu dessen ErgrOndung unser 
Kausalitätsbedfirfnis uns antreibt Warum ist die 
Temperaturerhöhung imstand, eine Druck- 
zunahme von der beobachteten Größe her- 
vorzurufen? Die Antwort auf diese Frage gibt eine 
die Erscheinungen der Wärmelehre beherrschende 
Grundhypothese, die aussagt, daß die Wärme der 
Körper besteht in sehr raschen Bewegungen 
ihrer kleinsten far unser Auge unsichtbaren 
Teilchen. Bei den festen Körpern stellt man sich 
diese Bewegungen vor als Schwingungen der Mole- 
keln um feste Gleichgewichtslagen, bei den flflssigen 
Körpern nimmt man an, daß die Molekeln sich mit 
großen Geschwindigkeiten durcheinanderschieben, 
während sie übrigens noch miteinander in Berüh- 
rung sind, und die Kohäsionskräfte zwischen ihnen 
noch ihren Einfluß geltend machen, im gas- und 
dampfförmigen Aggregatzustand endlich sind die Mo- 
lekeln voneinander losgelöst, sie schießen mit sehr 
großen Geschwindigkeiten durcheinander, und die 
Bewegung der einzelnen Molekel ist solange eine 
geradlinige, bis sie mit einer andern zusammenstößt 
und dadurch in eine andere Bewegungsrichtung ab- 
gelenkt wird. Man hat diese Molekularbewegung 



— 14 — 

in einem Gas schon verglichen mit den Bewegun- 
gen in einem Mfickenschwarm oder mit den Kreuz- 
und QuersprOngen eines von Hunden verfolgten 
Hasen, spricht auch zuweilen vom Zickzackkurs der 
Molekeln. 

Von dieser Molekularbewegung in allen 3 Aggre- 
gatzuständen nimmt man nun an, daß ihre Ge- 
schwindigkeitzunimmt mit wachsender Tem- 
peratur. 

Diese Hypothese vom Wesen der Wärme, welche 
den Vorteil größter Anschaulichkeit besitzt, hat sich 
als eine der glücklichsten und fruchtbarsten er- 
wiesen, die je auf dem Gebiet der Physik aufge- 
stellt worden ist. Speziell für das Gebiet der Gase 
hat sie sich zu einer mathematischen Theorie aus- 
bauen lassen, der kinetischen Theorie der 
Gase, die eine Menge wertvoller neuer Vorstellun- 
gen geliefert und namentlich gelehrt hat. Blicke in 
die Welt des unendlich Kleinen zu tun, die vom 
allerhöchsten Interesse sind. 

Eine unmittelbare anschauliche Folge dieser 
Grundvorstellung vom Wesen der Wärme ist nun 
auch die von der Temperatur bewirkte Drucksteige- 
rung eines Gases, von welcher wir bei dieser ganzen 
Betrachtung ausgegangen sind. Wenn die Molekeln 
des Gases mit ihren großen Geschwindigkeiten 
durcheinander schießen, so werden sie auf die Wan- 
dungen des Gefäßes Stöße ausflben, die trotz der 



— 15 — 

Kleinheit der Teilchen durch die große Geschwin- 
digkeit und durch die sehr große Anzahl der stoßen- 
den Teilchen sich bemerkbar machen mfissen. Der 
Druck, den ein Gas auf die Gefäßwandung ausflbt, 
ist nichts anderes als die Wirkung der die Wand 
treffenden Molekularstöße. Wenn nun die Tempe- 
ratur erhöht wird, so bedeutet dies im Sinn unserer 
Hypothese eine Steigerung der durchschnittlichen 
Geschwindigkeit der kleinsten Teilchen , die Wucht 
der Stöße gegen die Wand, und ihre Häufigkeit hat 
zugenommen, d. h. der Druck ist größer geworden. 

Man erkennt, daß die Drucksteigerung des Gases 
infolge der Temperaturerhöhung jetzt in einer das 
Kausalitätsbedflrfnis befriedigenden Weise erklärt 
ist, und das vorgetragene Beispiel zeigt zugleich, 
wie das Suchen nach dem Warum der Vorgänge 
zur Aufstellung von Hypothesen führt. ') 

Ehe wir diese Anschauung vom Wesen der 
Wärme verlassen, mögen noch einige der inter- 
essantesten Ergebnisse der auf ihr aufgebauten 
kinetischen Theorie der Gase erwähnt werden. 
Zunächst ist es Clausius, einem der Begrilnder 
dieser Theorie, gelungen, aus dem auf die Gefäß- 
wandung ausgeübten Druck die durchschnittliche 
Geschwindigkeit, mit der die Gasteilchen durchein- 
ander schießen, zu berechnen. Es ergeben sich da 
überraschend große Werte, die übrigens für ver- 
schiedene Gase verschieden sind. Die durchschnitt- 



— 16 - 

liehe Geschwindigkeit der Molekeln des Sauerstoff- 
gases ist 460 m pro sek^ fflr den Stickstoff ergibt 
sich 490 m, fOr den Wasserstoff gar 1840 m, alle 
diese Angaben gültig fQr die Temperatur 0^ Wenn 
man bedenkt, daß die zwei erstgenannten Zahlen 
etwa der Anfangsgeschwindigkeit einer Gewehr- 
kugel entsprechen, während die Zahl fflr den Wasser- 
stoff bei weitem dasjenige Maß von Geschwindig- 
keit überschreitet, das unsere Schießtechniker irgend 
einem Projektil mitteilen können, so erkennt man, 
um was für außerordentlich rasche Bewegungen es 
sich hier handelt 

Man darf sich indessen nicht vorstellen, daß die 
Gasteilchen mit diesen Geschwindigkeiten Wege 
von irgendwie erheblicher Länge zurücklegen; dazu 
sind ihrer viel zu viele, das Gedränge ist viel zu 
groß, so das jedes Teilchen schon nach Zurück- 
legung einer kurzen Wegstrecke mit einem Nachbar- 
teilchen zusammenstoßt Dem Engländer Maxwell 
ist es gelungen; diese sog. mittlere Wege länge 
zu berechnen, die ein Teilchen zwischen zwei aufein- 
anderfolgenden Zusammenstößen geradlinig zurück- 
legt Sie beträgt für Wasserstoff rund y^ c^^cs 
Millimeters, für Sauerstoff und Stickstoff ungefähr 
j^ loioo ^^' Das sind also schon fast unvorstellbar 
kleine Größen, und man begreift, daß, je kürzer die 
Weglängen sind, um so rascher die Zusammenstöße 
erfolgen müssen. Eine leichte Rechnung ergibt, daß 



— 17 — 

in 1 Sekunde ein Wasserstoffteilchen 10000 Millionen 
ZusammenstOfte erfährt, ein Luftteilchen ca« 5000 Mil- 
lionen, (fiemit sind wir nun natürlich ganz in das 
Gebiet des Unvorstellbaren eingetreten. Aber die 
Wunder der Molekularwelt; welche die kinetische 
Theorie der Oase offenbart; sind damit noch nicht 
erschöpft Auch die Größe der Molekeln und 
ihre Anzahl in einem bestimmten Raumteil hat 
man berechnen können. Der Durchmesser einer 
Stickstoffmolekel ergibt sich kleiner als 1 Milliontel 
eines Millimeters, er beträgt nämlich bloß ca.^^ dieser 
außerordentlich kleinen Einheit Auch die Dimen- 
sionen der Wassermolekel sind von ähnlicher Klein- 
heit Wenn wir die mittleren Wegelängen vorhin 
schon sehr klein fanden, so sehen wir jetzt, daß 
die Molekeln selbst noch viel kleiner sind; eine 
Stickstoffmolekel kann immerhin, ehe sie mit ihrer 
Nachbarin zusammenstößt, einen Weg zurücklegen, der 
3— 400 mal so groß ist als ihr eigener Durchmesser. 
Von ganz besonderem Interesse ist endlich noch 
die Zahl der Molekeln eines Gases in der Volum- 
einheit, etwa in 1 Kubikzentimeter. Die Berechnung 
dieser Zahl ist dem Wiener Physiker Loschmidt 
in den 60er Jahren geglückt; sie heißt nach ihm die 
Loschmidtsche Zahl. Sie hat für Stickstoff den 
ungeheueren Wert von 20Trillionen, wobei bekanntlich 
eine Trillion eine Million Billionen bedeutet; 20 Tril- 
lionen sind eine 20 mit 18 Nullen, das ist 4000 Mil- 



- 18 - 

Honen mal mehr als die bekannten 5 Milliarden der 
französisch-deutschen Kriegsentschädigung vom Jahr 
1871. So viele Molekeln sind also in einem einzigen 
Kubikzentimeter Stickstoff bei der Temperatur 0^ und 
dem normalen Atmosphärendruck enthalten. 

Als in Wien vor einigen Jahren eine Gedächtnis- 
feier fflrLoschmidt gehalten wurde, wies der Fest- 
redner Prof. Boitzma'nn^), einer der ersten lebenden 
theoretischen Physiker, darauf hin, daß Loschmidts 
Leib nun in seine Atome zerfallen sei, und zwar 
seien wir aus den von ihm gewonnenen Prinzipien 
imstande zu berechnen, in wie viele. Damit es in 
einer Rede zu Ehren eines Experimental-Physikers 
nicht an jeder Demonstration fehle, habe er die be- 
treffende Zahl auf einer Tafel anschreiben lassen. 
Es waren 10 Quadrillionen, d. h. eine 1 mit 25 Nullen. 
Boltzmann fUgte bei, daß freilich jedes Härchen 
die Zahl um Billionen erhöhen wQrde. 

Alle diese bemerkenswerten und erstaunlichen 
Zahlen, welche die kinetische Theorie der Gase 
geliefert hat, sind Folgerungen aus der vorgetragenen 
Grundannahme Ober das Wesen der Wärme, also 
aus einer Hypothese. Die Folgerungen sind also 
selbst noch hypothetisch, weil wir ja alle diese 
Größen und Zahlen nicht direkt zählen und messen 
können. Aber wir haben es hier zu tun mit einer 
Hypothese von größter Wahrscheinlichkeit, so daß 
heute kein Physiker daran zweifelt, daß diesen Zahlen 



— 19 — 

eine wichtige, reale Bedeutung zukommt Auch 
haben diese Zahlen zum Teil Bestätigungen erfahren 
durch Überlegungen, die von ganz anderen physi-* 
kaiischen Erscheinungen ausgingen. Die Loschmidt- 
sehe Zahl z. B. hat sich in neuerer Zeit noch be- 
rechnen lassen nach 4 weiteren Methoden^ die alle 
untereinander verschieden sind, und doch sehr an- 
genähert zum selben Resultat führen»). — 

Es sind nun in Kürze einige allgemeine Betrach- 
tungen über die Eigenschaften der physikalischen 
Hypothesen anzustellen. 

Wenn man von einer Hypothese sagen könnte, 
sie sei völlig richtig und entspreche ganz der 
Wahrheit, so müßte sie sämtliche möglichen Er- 
scheinungen erklären, die überhaupt in das betreffende 
Gebiet fallen. Von diesen sämtlichen möglichen 
Erscheinungen wird uns im allgemeinen nur ein 
Teil bekannt sein, der Rest unbekannt. Wenn eine 
H)rpothese den uns bekannten Teil der Erschei- 
nungen erklärt, so ist sie möglich und bis auf 
weiteres brauchbar. Mit Bezug auf den uns noch 
unbekannten Rest von Erscheinungen sind folgende 
Fälle denkbar. Erstens kann durch Zufall eine dieser 
bis dahin unbekannten Erscheinungen neu entdeckt 
werden, sie wird dann entweder mit der bisher be- 
nützten Hypothese in Obereinstimmung stehen 
oder nicht. Ist ersteres der Fall, läßt sich also 
die neue Tatsache ebenfalls aus der Hypothese 



— 20 - 

erklären, dann bleibt die H)rpofhese bis auf weiteres 
richtig, sie hat eine Bestätigung erfahren, ihre Wahr- 
scheinlichkeit hat zugenommen. Wenn dagegen die 
neue Tatsache im Widerspruch mit der Hypothese 
steht, wenn mit anderen Worten die Folgerungen 
aus der Hypothese mit der tatsächlich beobachteten 
Erscheinung sich nicht decken, so beweist dies, daß 
in der Hypothese irgend etwas Falsches enthalten 
ist; sie ist damit unbrauchbar geworden, selbst wenn 
sie alle anderen bis dahin bekannten, in das be- 
treffende Gebiet fallenden Erscheinungen in einer 
das KausalitätsbedOrfnis befriedigenden Weise zu 
erklären vermochte. Es besteht aber auch die 
weitere Möglichkeit, daß aus einer Hypothese auf 
rein theoretischem Weg irgend ein Satz abgeleitet 
wird, der aussagt, daß eine bestimmte, bis dahin 
unbekannte Erscheinung möglich sei und unter den 
gemachten Voraussetzungen zutreffen mflsse. Läßt 
sich nun diese Erscheinung wirklich beobachten, 
tritt sie tatsächlich ein, dann hat die Hypothese zur 
Entdeckung einer neuen Tatsache geführt; auch in 
diesem Falle ist die Hypothese bestätigt und ihre 
Wahrscheinlichkeit ist gewachsen. Die Hypothese 
hat dann bewiesen, daß sie heuristischen Wert 
besitzt, daß sie zur Auffindung neuer Erscheinungen 
dienen kann, daß sie, wie man es auch nennt, als 
Arbeitshypothese benutzt werden kann. Ist da- 
gegen das theoretisch abgeleitete Resultat mit den 



- 21 — 

Beobachtungstatsachen nicht im Einklang, so beweist 
dies wieder, daß in der Hypothese etwas Falsches 
enthalten und daß sie in ihrer bisherigen Gestalt 
nicht mehr haltbar ist 

Aus diesen Betrachtungen ersehen wir, daß man 
von einer physikalischen Hypothese nie mit ab- 
soluter Sicherheit wird sagen können, sie entspreche 
völlig der Wahrheit; wir wissen eben nie zum Vor- 
aus, ob nicht eine neue Erfahrungstatsache auftaucht, 
die uns nötigt, die alte Hypothese zu verlassen und 
entweder eine wesentlich anders geartete aufzustellen, 
oder die alte wenigstens so zu modifizieren, daß sie 
mich die neugefundene Tatsache umfaßt — 

Wenn am Eingang dieses Vortrags die wichtigsten 
physikalischen Entdeckungen des leteten Jahiiiunderts 
skizziert wurden, und wenn dabei betont wurde, 
daß wesentlich neue Erfahrungstatsachen auf die 
physikalischen Grundanschauungen neues Licht 
werfen, so haben uns die letzten Betrachtungen die 
Art dieser Rückwirkung näher kennen gelehrt; neue 
Entdeckungen wirken auf die physikalischen Hypo- 
tiiesen entweder bestätigend oder umstOrzend 
oder modifizierend zurück. 

An Beispielen für das soeben Auseinandergesetzte 
ist in der historischen Entwicklung der Physik kein 
Mangel; besonders interessant und lehrreich sind 
diejenigen, welche die Entwicklung der Lehre 
vom Licht darbietet 



- 22 — 

DerBegrQnder der Lehre vom Licht als eines syste- 
matisch angelegten Lehrgebäudes ist der berühmte 
Newton; in seiner 1704 erschienenen „Optica' be- 
handelte er den bis dahin bekannten Stoff, ein- 
schließlich der von ihm selbst erstmals studierten 
Erscheinungen. Zur Erklärung sämtlicher optischer 
Beobachtungstatsachen machte er die Annahme, 
das Licht bestehe in sehr kleinen Körperchen, Kor- 
puskeln, welche mit großer Geschwindigkeit von 
den leuchtenden Körpern geradlinig nach allen Rich^ 
tungen ausgeschleudert werden. Dies ist die sog. 
Emissionshypothese des Lichts, auch Korpus- 
kulartheorie genannt Sie vermochte in mehr 
oder weniger befriedigender Weise die Erscheinungen 
der ZurDckwerfung, der Brechung und der Farben- 
zerstreuung zu erklären; zur Erklärung der nach 
Newton benannten Farbenringe und der Farben 
dünner Plättchen mußte sie allerdings in ziemlich 
komplizierter Weise dadurch ergänzt werden, daß 
Newton die weitere Annahme machte, die Licht- 
teilchen erfahren periodische Anwandlungen, fits, 
wie er sie nannte, welche bewirken, daß die Strahlen 
bald leichter zurückgeworfen, bald leichter gebrochen 
werden. 

Diese Newtonsche Emissionshypothese be- 
herrschte nun die Optik bis zu Anfang des 19. Jahr- 
hunderts. Zwar hatte Newtons berühmter Zeitge- 
nosse Christian Huyghens, der Erfinder der 



- 23 — 

Pendeluhr, schon 1690 eine andere Hypothese Aber 
das Wesen des Lichtes aufgestellt und zur Erklärung 
der Doppelbrechung des Kalkspats angewendet; 
aber Newtons übermächtige Autorität ließ Ober ein 
Jahrhundert lang die Huyghensche Lehre nicht auf- 
kommen. Es ist dies eines der auffälligsten Bei- 
spiele , wie sehr das Schwören in v^rba magistri 
den Fortschritt der Wissenschaft aufhalten kann. 
Huyghens ist bekanntlich der Begründer der Un- 
dulationshypothese oder Wellenlehre des Lichts, 
nach welcher das Licht besteht in einer Wellenbe- 
wegung eines außerordentlich feinen Stoffs, des 
Äthers, der das ganze Weltall erfüllen und auch 
im Innern der materiellen Körper zwischen den 
Molekeln derselben vorhanden sein soll. Dieser 
Äther, der für die moderne Physik die größte Be- 
deutung erlangt hat, ist eine durchaus hypothetische 
Substanz mit merkwürdigen und zum Teil beinah 
unglaublich scheinenden Eigenschaften. Der Name 
Äther ist der griechischen Mythologie entnommen; 
Äther war ein Sohn des Chaos und der Nacht. 
Am Fries des pergamenischen Altars in Berlin ist 
er in ganzer Figur abgebildet Seinen Einzug in 
die wissenschaftliche Physik hielt er in der Wellen- 
lehre des Lichts. Wie eine Wellenbewegung im 
Wasser dadurch zustande kommt, daß die Wasser- 
teilchen der Oberfläche auf- und abschwanken und 
diese ihre Bewegung auf die Nachbarteilchen über- 



- 24 - 

tragen, so setzt die Wellenlehre des Uchts voraus, 
daß die Atherteilcben fähig sind, in Schwankungen, 
in Vibrationea zu geraten, welche sdir rasch auf die 
Nachbarteilchen übergreifen. Diese Vibrationen gehen 
mit einer fabelhaften Raschheit vor sich; Lichten- 
berg, der berühmte Satiriker, der seines Zeichens 
eigentlich Professor der Physik in OOttingen war, 
nannte die zu Ende des 18. Jahrhunderts sehr dünn 
gesäten Anhänger der Huyghensschen Auffassung 
im Hinblik auf diese außerordentlich raschen Vibra- 
tionen spottender Weise „die Zitterer'. — Wie schon 
erwähnt, hielt die Newtonsche Emissionshypoifaese 
stand bis zu Anfang des 19. Jahrhunderts. Im Jahr 1810 
war es dann, daß der franzOsisdie ArtiUerieoberst 
Malus an dem unter einem gewissen Winkel zu- 
rückgeworfenen Licht die Erscheinung entdeckte, 
die er als die Polarisation des Lichts bezeich- 
nete. Hiemit war neben anderen schon bekannten 
Erscheinungen ein Prüfstein gegeben zur Entschei- 
dung der Frage, welche von beiden Hjrpothesen vor- 
zuziehensei, dieNewtonsche oder die Huyghenssche.^®) 
Die Entscheidung fiel bekanntlich zugunsten der 
letzteren; die Wellenlehre in der ihr von Fresnel 
gegebenen endgültigen Gestalt erwies sich als in 
hohem Grade geeignet, nicht nur die Erscheinungen 
der Polarisation zu erklären, sondern auch die- 
jenigen der Interferenz und der Beugung und 
die so verschiedenartigen und zum Teil kom- 



- 25 - 

plizierten Farbenerscheinungen in Kristallen. Es 
fa^en sich bis heute alle bekannten optischen Er- 
scheinungen auf sie zurOckfUhren lassen, und sie 
hat auch vermocht, gewisse PhänomenCi wie die 
sog. konische Refraktion im Arragonit, aus der 
Theorie vorauszusagen. 

Wenn eine Hypothese, wie dies bei der Welten- 
lehre zutrifft, sich fähig erweist, sämtliche zum Teil 
sehr komplizierten Erscheinungen eines großen 
Gebiets befriedigend zu erklären, so muß die Wahr- 
sdieinlichkeit, daß diese Hypothese der Wahrheit 
entspreche, als sehr groß erscheinen. Und doch 
hat die neueste Entwickelung gelehrt, daß die Hypo- 
these noch einer Modifikation, einer Vertiefung fähig 
war. Wie schon am Eingang dieses Vortrags kurz 
erwähnt, hat in den 80 er Jahren des vorigen Jahr- 
hunderts Heinrich Hertz den experimentellen Nach- 
weis geliefert, daß gewisse elektrische Wirkungen 
mit derselben Geschwindigkeit sich durch den Raum 
ausbreiten, wie das Licht Hier mußte nun die 
philosophische Frage nach dem Warum wieder ein- 
setzen; daß elektrische Vorgänge mit Lichtgeschwin- 
digkeit sich ausbreiten, das ließ sich aus den op- 
tischen Grundanschauungen nicht ableiten. Hertz 
zeigte aber, daß die Verwandtschaft zwischen elek- 
trischen und optischen Vorgängen noch sehr viel 
weiter geht; es gelang ihm, experimentell sog. elek- 
trische Strahlen oder Strahlen elektrischer 



— 26 - 

Kraft zu erzeugen, die genau dieselben Eigenschaften 
wie die Lichtstrahlen besitzen, die der ZurUckwer- 
fung, der Brechung und der Doppelbrechung, der 
Interferenz usw. fähig sind. Diese elektrischen 
Strahlen sind es bekanntlich, die in der Telegraphie 
ohne Draht verwendet werden. Aus dieser völligen 
Obereinstimmung in der Eigenschaft der elektrischen 
Strahlen und der Lichtstrahlen mußte nun der Schluß 
gezogen werden, daß beide Strahlengattungen wesens- 
gleich sind. Sie beruhen auf demselben Grund^ 
mechanismus; beide sind Transversalschwingungen 
des Äthers, die sich nur durch die Wellenlänge 
unterscheiden. Die elektrischen Strahlen können 
wir experimentell erzeugen mittels einer von Hertz 
angegebenen Versuchsanordnung, wobei das Zu- 
standekommen der Strahlen auf bekannte elektrische 
Vorgänge, Oszillationen elektrischer Ladungen, zu- 
rtickzuffihren ist Die Vorgänge beim Entstehen der 
Lichtstrahlen können nicht direkt von uns beob- 
achtet werden, weil es sich hier um molekulare 
Vorgänge handelt Die Tatsachen nötigen zu der 
Auffassung, daß, wie die elektrischen Strahlen, die 
wir durch elektrische Vorgänge erzeugen können, 
unzweifelhaft eine elektrische Erscheinung sind, so 
auch die Lichtstrahlen, die sich mit ihnen als wesens- 
gleich erwiesen haben, ebenfalls als eine elektrische 
Erscheinung angesehen werden müssen. Die Äther- 
schwingungen der ursprünglichen Huyghensschen 



— 27 — 

Lehre sind jetzt als elektrische Schwingungen 
im Äther aufzufassen, und die Erzeugung der Licht- 
strahlen in den Lichtquellen hat man sich zu denken 
als eine Folge der Oszillation elektrischer Ladungen 
in der Struktur der Atome oder Molekeln. Das der- 
zeitige Resultat des ganzen Entwickelungsgangs der 
optischen Grundanschauungen ist somit, daß alles 
Licht sich darstellt als ein elektrischer Vorgang, 
womit wiederum zwei bisher getrennte große Tat- 
sachengebiete, die Erscheinungen des Lichts und 
der Elektrizität miteinander verschmolzen sind. Dabei 
haben wir es hier nicht mit einer Umstürzung der 
alten Huyghensschen Hypothese zu tun, sondern 
nur mit einer Modifikation, einer anderen Deutung 
der Grundvorgänge. Das Licht ist nach wie vor 
als eine Wellenbewegung im Äther aufzufassen; 
bloß sind die Kräfte, dies seine Ausbreitung bewirken, 
jetzt nicht mehr als elastische, sondern als elek- 
trische zu bezeichnen. 

Diese gedrängte Obersicht über den Entwicke- 
lungsgang der Optik läßt erkennen, daß in der Tat 
die auf diesem Gebiet gemachten Entdeckungen 
teils umstürzend, teils bestätigend, teils modifizierend 
auf die Grundanschauungen zurückgewirkt haben. 

Als letztes Beispiel möge in Kürze behandelt 
werden eine Modifikation der atomistischen 
Hypothese, die durch die jüngst entdeckten Er- 
scheinungen auf dem Gebiet der Kathodenstrahlen 



— 28 — 

und der Radioaktivität notwendig zu werden sdieint 
Schon seit langer Zeit sind die Physiker und die 
Chemiker zu der Auffassung gekommen, daß die 
Zusammensetzung der Materie keine kontinuierliche 
ist, sondern daß die Materie eine körnige Struktur 
besitzt, daß mit andern Worten die Teilung der 
Materie Aber eine gewisse Grenze hinaus nicht fort- 
gesetzt werden kann. Die Grundgesetze der Chemie, 
wie auch zahlreiche physikalische Erscheinungen 
legen diese Anschauung nahe; die ganze moderne 
Entwickelung der Chemie ist auf ihr aufgebaut Die 
kleinsten Teile der Materie, welche mit den Mit- 
teln der Chemie nicht weiter zerlegt werden können, 
sind bekanntlich die Atome; aus ihnen denkt man 
sich die Molekeln der Körper aufgebaut in der 
Weise, daß in der Molekel eines chemischen Ele- 
mentarstoffs im allgemeinen zwei gleichartige Atome 
mit einander verbunden sind, in der Molekel eines 
chemisch zusammengesetzten Stoffs zwei oder meh- 
rere, im allgemeinen ungleichartige Atome. Da die 
Zahl der chemischen Elementarstoffe gegenwärtig 
über 70 beträgt, so mußte die Atomlehre in ihrer 
bisherigen Gestalt ebensoviele voneinander ver- 
schiedene Atomarten annehmen. 

Die Voraussetzung der atomistischen Hypothese, 
daß das Atom die äußerste Grenze der Teilbarkeit 
darstelle, daß es, der Bezeichnung „Atom'' ent- 
sprechend, wirklich etwas Unteilbares sei, scheint 



- 29 - 

nttfi nach dem neuesten Stand der Wissenschaft 
nicht länger haltbar zu sein. Die Wahrschein- 
lichkeit wird immer größer» daß das Atom 
selbst wieder aus noch kleineren Bausteinen 
zusammengesetzt ist 

Von den Tatsachen, welche fOr diese neue Auf- 
fassung sprechen, mögen zunächst diejenigen erwähnt 
werden, welche auf dem Gebiet der Kathoden- 
strählen liegen. 

Die prächtigen Lichterscheinungen, welche in den 
Geißlerschen Röhren erzeugt werden können, 
kommen dadurch zustande, daß das in einer sol- 
chen Röhre eingeschlossene Gas stark verdünnt 
wird, etwa auf yAjt ^^^ Atmosphärendruckes, und 
daß man sodann einen hochgespannten Wechsel- 
strom hindurchleitet Wird die Verdünnung des 
Gases noch erheblich weitergetrieben, so erhält 
man, wie zuerst Hittorf in Münster gezeigt hat, 
Erscheinungen wesentlich anderer Art. Von der 
Kathode, einer der beiden Eintrittspforten des 
elektrischen Stroms in die Röhre, geht eine eigen- 
artige Strahlung aus, deren Eigenschaften, außer von 
Hittorf, auch von dem Engländer Crookes er- 
forscht wurden. Diese Strahlen heißen Kathoden- 
strahlen, die Röhren, in welchen sie erzeugt wer- 
den, nennt man gewöhnlich Crookessche Röh- 
ren. Crookes sprach schon vor einigen Jahrzehnten 
die Vermutung aus, daß in diesen Strahlen mate- 



- 30 - 

rielle Teilchen ausgeschleudert werden» er sprach 
in diesem Sinn von strahlender Materie. In 
neuester Zeit hat sich diese Auffassung als im 
wesentlichen richtig erwiesen; es ist jetzt kein 
Zweifel mehr, daß die Kathodenstrahlen bestehen in 
außerordentlich kleinen Körperchen, welche von 
der Oberfläche der metallenen Kathode weg mit 
großer Geschwindigkeit geradlinig in das Innere der 
Röhre hinein ausgeschleudert werden. Diese Teil- 
chen, welche negativ elektrisch geladen sind, nennt 
man Elektronen. Ihre Masse ist ganz außerordent- 
lich gering; sie ergibt sich 1—2000 mal kleiner als 
die Masse des Wasserstoffatoms, des leichtesten in 
der Reihe der chemischen Elemente. Bemerkens- 
wert ist, daß, aus welchem Metall auch die Kathode 
bestehen mag, doch die von ihr ausgeschleuderten 
Elektronen keinen Unterschied der Substanz zeigen; 
wir haben sie zu betrachten als die für sich be- 
stehenden Elementarquanten der negativen Elek- 
trizität Die Kathodenstrahlen sind uns aber auch 
insofern interessant, als in ihnen dasjenige verwirk- 
licht ist, was Newton als das Wesen der Licht- 
strahlen ansah. Wir haben gesehen, daß die New- 
tonsche Emissionshypothese gestürzt ist, und man 
war, je mehr die Wellenlehre des Lichts zur Herr- 
schaft kam, desto geneigter, Ober die Newtonschen 
Lichtkörperchen zu lächeln; und nun zeigt sich, daß 
es eine Strahlung dieser Art, wie Newton sie vor- 



-1 



— 31 - 

aussetzte, doch gibt, allerdings auf einem anderen 
Gebiet; eben dem Gebiet der Kathodenstrahlen. 
Und außerdem noch auf einem Gebiet — dem der 
Radioaktivität Wenn ich im folgenden die merk- 
würdigen Eigenschaften der radioaktiven Substan- 
zen, speziell des Radiums, berühre, so muß ich mich 
dabei ganz kurz fassen und mich auf dasjenige be- 
schränken, was mit meinem Thema in unmittelbarem 
Zusammenhang steht. ^^) Als Ursache des in viel- 
facher Hinsicht so wunderbaren Verhaltens des 
Radiums hat sich eine vierfache Tätigkeit dieser 
Substanz erkennen lassen. Das Radium sendet 
nämlich drei verschiedenartige Strahlengattungen aus 
und gibt außerdem noch ein gasförmiges Etwas ab, 
das man die Emanation nennt Jene drei Strahlen- 
gattungen werden als <x- Strahlen, als /3- und als 
y- Strahlen unterschieden. Die a- und die /5- Strah- 
len bestehen aus ausgeschleuderten Partikelchen, 
die bei der ersten Strahlengattung positive, bei der 
zweiten negative Ladung besitzen. Die Partikelchen 
der (X-Strahlen sind von atomistischen Dimensionen, 
etwa von der Größenordnung des Wasserstoff atoms; 
die /}- Strahlen sind nichts anderes als Kathoden- 
strahlen, bestehen also aus ausgeschleuderten Elek- 
tronen, d. h. Teilchen mindestens 1000 mal kleiner 
als das Wasserstoff atom. Was die y- Strahlen be- 
trifft, so sind diese aufzufassen als Röntgenstrahlen 
von sehr hohem Durchdringungsvermögen; ihrem 



— 32 — 

Wesen nach sind sie wie diese zu bezeichnen als 
elektromi^etische Stoßwellen, die ihren Entstehungs- 
gnind in den ErschOtterungen haben, die beim Los- 
reißen der ^-Teilchen vom Radiumatom erzeugt 
werden. Die Emanation endlich, das vierte Pro- 
dukt des Radiums, ist ein schweres Gas, etwa zwei- 
einhalbmal so schwer wie Luft Es entsteht aus 
dem Radium und verbreitet sich langsam in seiner 
Umgebung; durch einen Luftstrom kann es wie ein 
gewöhnliches Gas zur Seite geblasen werden. Die 
Emanation besitzt selbst wieder radioaktive Eigen- 
schaften, sendet insbesondere a- Strahlen aus. 

Diese verschiedenartigen Wirkungen, die von 
dem Radium ununterbrochen ausgehen, finden ihre 
einfachste und ungezwungenste Erklärung in der 
Annahme, daß das Atom des Radiums, welchem 
eines der höchsten Atomgewichte zukommt, der 
Zersetzung fähig ist und in kleinere und 
größere Bruchstficke zu zerfallen vermag. 
Man hat sich den Vorgang so vorzustellen, daß 
dieser Zersetzung in einem bestimmten Augenblick 
nur ein sehr kleiner Bruchteil sämtlicher vorhandener 
Radiumatome unterliegt; bei diesen geht infolge 
innerer Umwälzungen der Zerfall explosionsartig vor 
sich, und von den Bruchstacken der explodierten 
Atome bilden die kleineren die ^- und die /3-Strahlung, 
die größeren die Emanation. Die Energie, die sich 
in den ausgesandten Strahlen offenbart, erreicht 



J 



— 33 - 

ganz kolossale Beträge, die weit über die von che- 
mischen Reaktionen bekannten Energiemengen hinaus-* 
gehen ^^). Sie stammt aus einer bisher unberührten 
Quelle, der in der inneren Struktur des Atoms auf- 
gehäuften, für gewöhnlich latenten Energie. 

Diese Ergebnisse des Studiums der radioaktiven 
Substanzen schließen nun in der Tat eine wesent-* 
liehe Modifikation der bisherigen Anschauung von 
der Konstitution der Materie in sich und eröffnen 
ungeahnte neue Perspektiven. Wenn die Atome der 
chemischen Elemente selbst wieder aus noch kleine- 
ren Bausteinen zusammengesetzt sind, dann steht 
schließlich auch der Umwandlung eines chemischen 
Elements in ein anderes prinzipiell nichts mehr im 
Wege. In der Tat ist es auch schon Sir William 
Ramsay, einem der ersten lebenden Chemiker, ge- 
lungen, die Emanation des Radiums in Helium zu 
verwandeln, d. h. indirekt ein chemisches Element 
in ein anderes überzuführen. Wir stünden damit 
an der Schwelle einer neuen Chemie, die fähig 
wäre, selbst in die Architektur der Atome einzu- 
greifen, und deren Ziel es wäre, die Bausteine der 
Atome nach Willkür zu lösen und neu zu verbinden. 

Hochverehrte Damen und Herren! Die vorge- 
tragenen Beispiele, die aus verschiedenen Kapiteln 
der Physik entnommen waren, haben erkennen lassen, 
wie in den physikalischen Hypothesen und 



— 34 - 

ihren Wandlungen der Fortschritt der Wissen- 
schaft sich wiederspiegelt, wie die Hypothesen ge- 
wissermaßen eine Quintessenz der Resultate der 
Forschung darstellen. Unsere Betrachtungen lehren 
uns zugleich, daß das Wesen der naturwissenschaft- 
lichen Forschung Entwicklung ist, und daß es 
auf diesem Gebiet keinen Stillstand gibt; der uner- 
schöpfliche Reichtum der Natur stellt immer neue 
Probleme. Unter solchen Umständen wäre es wenig 
gerechtfertigt, sich etwa einem GefOhl des Stolzes 
darüber hinzugeben, daß die moderne Wissenschaft 
es so herrlich weit gebracht; vielmehr ziemt es sich, 
des zur Bescheidenheit mahnenden Shakespeare- 
schen Wortes eingedenk zu sein, das noch auf 
lange hinaus seine Gültigkeit behaupten wird: 

„Es gibt mehr Ding* Im Himmel und auf Erden, 
Als eure Schulweisheit sich träumen läßt/' 



i» 



Anmerkungen und Literaturnachweise. 

^) Humboldt sagt in seinem Kosmos (erschienen 1845) 
auf S. 57 von Bd. I: «Ober die qualitative Natur der Stoffe, 
die in dem Weltall kreisen oder vielleicht dasselbe erfüllen, 
haben wir keine unmittelbare Erfahrung, es sei denn durch 
den Fall der ASrolithen.* Und auf der folgenden Seite heißt es: 
»Diese Ausschließung von allem Wahrnehmbaren der Stoffver- 
schiedenheit vereinfacht auf eine merkwürdige Weise die Me^ 
chanik des Himmels: sie unterwirft das ungemessene Gebiet des 
Weltraumes der alleinigen Herrschaft der Bewegungslehre . . /' 

*) Rönnen sprach beim Hohenheimer Stiftungsfest im 
Jahr 1875 über „Konsonanz und Dissonanz". 

*) In den Gedichten unter „Sprichwörtlich". 

^) E. Mach, Die ökonomische Natur der physikalischen 
Forschung. Populär-wissenschaftliche Vorlesungen. Leipzig 
1896, S. 203. 

*) Die Aufstellung von Hypothesen bildet einen wesent- 
lichen Bestandteü des Verfahrens der Induktion oder der in- 
duktiven Methode; über seine logische Berechtigung und die 
Beziehungen zum Kausalitätsprinzip vgl z. B. Sigwarts Logik, 
3. Aufl., 1904, § 62 und 93. Nach Eduard v. Hartmana 
(Die Weltanschauung der modernen Physik, Leipzig 1902, 
S. 213) zerfällt die Induktion in Gesetzesinduktion und Ur- 
sacheninduktion, und demgemäß lassen sich auch die Hypo- 
thesen im eigentlichen und engeren Sinne des Wortes ein- 
teUen in Gesetzeshypothesen und Ursachenhypothesen, oder 
in hypothetische Gesetze und hypothetische Ursachen. Die 
im Text als Beispiel herangezogene Ampöresche Hypothese 
ist eine Ursachenhypothese. 

Es ist neuerdings von verschiedenen Seiten (Ostwald u.a.) 
versucht worden, nur eine hypothesenfreie Physik als wissen- 
schaftlich und exakt gelten zu lassen. Demgegenüber ist die 

3* 



- 36 — 

Unentbehrlichkeit der Hypothese für die Physik nachdrück- 
lich zu betonen. In seinem Buch ,^ypothese und Wissen- 
schaff' (deutsch von F. und L. Lindemann, Leipzig 1904, 
S. XU) tritt H. Poincarö mit folgenden Worten für die Hypo- 
these ehi: ,,Anstatt eine summarische Verurteilung auszu- 
sprechen, müssen wir mit Sorgfalt die Rolle der Hypotiiese 
prüfen; wir werden dann erkennen, daß sie notwendig und 
ihrem Inhalte nach berechtigt ist Wir werden dann auch 
sehen, daß es mehrere Arten von Hypothesen gibt, daß die 
einen verifizierbar sind und, einmal vom Experiment bestätigt, 
zu fruchtbringenden Wahrheiten werden; daß die anderen, crime 
uns irrezuführen, uns nützlich werden können, indem sie unsem 
Gedanken eine feste Stütze geben." Daß die ganze Physik in 
letzter Linie auf Hypothesen im weiteren Sinn angebaut ist, wird 
von E. V. Hartmann, i c. S. 216 und S. 218 näher au^^eführt. 
*) Der bekannte IGrchhoffsche Ausspruch, daß es die Auf- 
gabe der Mechanik sei, „die in der Natur vor sidi gehenden 
Bew^^ungen vollständig und auf die einfachste Weise zu be- 
schreiben", ist vielfach dahin gedeutet worden, daß die Phyaik 
überhaupt sich auf die Beschreibung der Erscheinungen be- 
-schränken und jedem Erklärungsversuch entsagen solle. 
<Vgl. E. Mach, Ober das Prinzip der Vergleichung in der 
Physik, 1. c. S. 251, und E. v. Hartmann, L c. S. 211). In 
dieser Formulierung stünde der Ausspruch im Gegensatz zu 
dem im Text erwähnten Postulat unseres Strebens nach Er- 
kenntnis, daß das Gegebene notwendig und kausal erJdäi^ 
bar sei. Sigwart sagt (1. c. Bd. II, S. 519) im Anschluß an 
<die Besprechung der bloß beschreibenden Gesetze: „Zur 
Vollendung unserer Erkenntnis bleibt somit immer die kau^ 
sale Erklärung nötig." Bei E. v. Hartmann 0- c. S. 136) heißt 
es: ,yDer menschliche Erkenntnistrieb vfird sich das Redit 
niemals rauben lassen, nach den inneren Zusammenhängen 
und tieferen Gründen der Erscheinungen zu forschen, deren 
gesetzmäßige quantitative Beziehungen zuemander in den 
Formehl niedergelegt sind. Praktisch smd vielleicht die 
letzteren sehr viel wichtiger; aber aus theoretischem Gesichts- 
punkt dieersteren interessanter zu finden, kann man niemandem 
wehren. Die Wissenschaft braucht beides und hat Raum für 
beides, wenn auch gegenwärtig eine agnostische Zeitströmung 



— 37 — 

es für der Weisheit letzten Schluß ausgibt, sich bei innerlich 
unverstandenen Formeln bescheiden zu lernen/' Vgl. auch 
O. Wiener, Die Erweiterung unserer Sinne, Leipzig 1900, 
S. 43, und E. Riecke, Die Prinzipien der Physik und der 
Kreis ihrer Anwendung, Qöttingen 1897, S. 28. 

*) Bei genauerem Zusehen erkennt man leicht, daß auch 
das Mariotte-Gaylussacsche Gesetz ursprünglich bei seiner 
Aufstellung als eine Hypothese zu betrachten war. Es wurde 
durch Gesetzesinduktion gefunden und stellte sich zunächst 
als Gesetzesbypothese dar. H. v. Helmholtz spricht in diesem 
Sinn von der „Hypothese als Vorstufe des Gesetzes'' (Vor- 
lesungen über theoretische Physik, Bd. I, 1. Abt, S. 16, 1903). 
Nachdem eine ausreichende Verifikation des Mariotte-Gay- 
lussacschen Gesetzes erreicht war, trat der hypothetische 
Charakter zurück, und nun setzte das Kausalitätsbedürfnis 
ein, um durch Ursacheninduktion eine weiter zurückliegende 
Ursachenhypothese zu finden. Diese wurde gewonnen in den 
Orundvorstellungen der kinetischen Gastheorie. 

Ein weiteres naheliegendes Beispiel der in Rede stehen- 
den Verhältnisse bieten die Keplerschen Gesetze und das 
Newtonsche Gravitationsgesetz dar. Nachdem Tycho durch 
seine astronomischen Beobachtungen einzelne örter des Pla- 
neten Mars festgelegt hatte, fand Kepler durch Gesetzes- 
induktion, daß diese örter einer Ellipse angehören. Damit 
war das beschreibende Gesetz gefunden. Durch Ursachen- 
Induktion wurde dann Newton zur Aufstellung seines Gravi- 
iationsgesetzes geführt Dieses stellt einen beherrschenden 
Ausgangspunkt für ein ungeheures Tatsachengebiet dar; die 
großartige Einfachheit des Gesetzes wirkt befreiend gegen- 
über der Mannigfaltigkeit der Einzelbewegungen im Planeten- 
system und der Kompliziertheit der Störungserscheinungen. 
Ob dieser Abschluß, den das Newtonsche Gesetz darbietet, 
ein definitiver ist? Ich glaube es nicht Nachdem es ge- 
lungen ist, für die elektrischen und magnetischen „Fem- 
kräfte" eine zeitliche Ausbreitung nachzuweisen, wird der 
Forschungstrieb nicht ruhen, bis dasselbe für die Gravitation 
erreicht Ist. Dann wird es möglich sein. Irgend einen Mecha- 
nismus zu supponieren, der das Newtonsche Gravitations- 
gesetz als notwendige Folge ergibt und als letzte Ursachen- 



- 38 - 

hypothese für das ganze Gebiet der Gravitation sich darstellt 
Dieser Mechanismus wird mindestens ebenso kompliziert 
sein, wie diejenigen, welche der kinetischen Theorie der 
Wärme oder der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen 
zugrunde liegen. 

Poincar^ sagt im Anschluß an ähnliche Beh'achtungen 
0- c. S. 150): „Wenn unsere Forschungsmittel immer schärfer 
werden, so werden wu- ohne Zweifel das Einfache unter dem 
Komplizierten, dann das Komplizierte unter dem Emfachen 
entdecken, dann wieder von neuem das Einfache unter dem 
Komplizierten und so fort, ohne daß wir voraussehen können, 
womit diese Kette schließen wird. — Man muß irgendwo 
aufhören, und damit die Wissenschaft möglich sei, muß man 
aufhören, wenn man die Einfachheit gefunden hat.'^ 

Der letzteren Auffassung kann ich mich nicht anschließen. 
Man darf erst aufhören, wenn man den letzten erkennbaren 
natürlichen Ursachen möglichst nahe gekommen ist; diese 
sind jedoch kompliziert, weU die Natur in ihren Grundmecha- 
nismen kompliziert ist Das beweisen auch wieder die neuesten 
Entdeckungen über den zusammengesetzten Bau des Atoms. 

B) Physikalische Zeitschrift I, S. 182, 1900. 

*) Vgl. Boltzmann, 1. c, S. 171, und die hübsche, ge- 
meinverständliche Darstellung von G. Mie: „Moleküle, Atome, 
Weltäther'S Uipzig 1904, S. 131. 

^^) Die Erklärung der Polarisation mittels der Anschau- 
ungen der Wellenlehre gelang übrigens nicht sofort; Malus 
selbst glaubte in der neuentdeckten Erscheinung eine Be- 
stätigung der Emissionshypothese vor sich zu haben (vgl. 
z. B. Poggendorf, Geschichte der Physik, S. 690).' Erst 
Fresnel war es vorbehalten, den Nachweis zu liefern, daß auf 
dem Boden der WeUenlehre eine vollständige Erklärung der 
Polarisationserscheinungen möglich ist, vorausgesetzt, daß die 
Schwingungen des Äthers als transversale aufgefaßt werden. 
Huyghens selbst hatte die Ätherschwingungen noch als 
longitudinale vorausgesetzt, ausgehend von der naheliegen- 
den Analogie mit den Schallwellen. Zur Erklärung der Er- 
scheinungen der Zurückwerfung, der Brechung, der Inter- 
ferenz und der Doppelbrechung, ausschließlich der Polari- 
sationserscheinungen genügte auch in der Tat die Annahme 



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longiittdinaler Wellen. Der Obergang zu Transversalwellen 
bedeutete eine wichtige Modifikation der ursprünglichen 
Huyghensschen Anschauung. 

Ein wirkliches experimentum crucis, das für die Wellen- 
lehre und gegen die Emissionshypothese entscheidet, ist die 
Bestimmung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Lichts 
einerseits in der Luft, andererseits im Wasser. Die WeOen- 
lehre verlangt, daß erstere Geschwindigkeit die größere ist, 
nach der Emissionshypothese müßte sie die kleinere sein. 
Der Versuch ergibt, daß die Lichtgeschwindigkeit in der 
Luft 1,33 mal größer ist als im Wasser. (Vgl. A. Comu, Die 
Theorie der Lichtwellen und ihr Einfluß auf die moderne 
awjta^druck in Phys. Zeitschr. I, S. 381, 1900, und P. 
j^Pln^hrbuch der Optik, S. 113, 1900). 
^^ Newton selbst hat übrigens zwischen der Emissions- 
und der Undulationshypothese lange geschwankt und die 
Vorzüge der letzteren nach einzelnen Richtungen nicht ver- 
kannt (s. Poggendorf, 1. c, S. 689, und Comu, 1. c, S. 381). 
Daß er sich schließlich für die Emissionshypothese entschied, 
beruhte auf den großen Schwierigkeiten, die der Erklärung 
der geradlinigen Ausbreitung des Lichts und der Schatten- 
bildung auf dem Boden der Wellenlehre sich entgegenstellen. 
Es war wiederum Fresnel, der diese Schwierigkeiten endgültig 
beseitigte. Comu sagt (1. c, S. 382) von diesem Fresnelschen 
Eingreifen: „So wurde der schreckliche Einwand vemichtet, 
der den Geist des großen Newton so sehr gequält hatte.'' 

") Eine hübsche zusammenhängende Obersicht über die 
Erscheinungen der Radioaktivität bietet z. B. die Schrift von 
F. Soddy: „Die Radioaktivität, vom Standpunkte der Des- 
aggregationstheorie elementar dargestellt'', deutsch von G. 
Siebert, Leipzig 1904. 

") Nach Soddy (1. c, S. 177) beträgt die gesamte Energie, 
welche beim vollständigen Zerfallen von 1 Gramm Radium 
entwickelt wird, ungefähr 10* Kalorien, während die bei der 
Bildung von 1 Gramm Wasser aus seinen Elementen ent- 
wickelte Energie annähemd nur 4X10* ist Daraus geht 
hervor, daß beim Zerfallen der Radiumatome ungefähr 
25000Ömal so viel Energie erzeugt wird, als bei irgend einer 
bekannten chemischen Umwandlung. 



Verlag von Johann Ambrosius Barth in Leipzig 

Das 

Weltbild der modernen 
Naturwissenschaft 

nach den Ergebnissen der neuesten Forschungen 



von 



Karl Snyder 

Autorisierte deutsche Obersetzung 

von 

Professor Dr. Hans Kleinpeter 

XII, 306 S. mit 16 Porträts. M. 5.60, geb. M. 6.60. 

Das Buch des Amerikaners Karl Snyder, das in seiner 
Heimat in kurzer Zeit drei Auflagen erlebt hat und auch schon 
in andere Sprachen übertragen worden ist, setzt in ver- 
ständlicher, schlichter Sprache den Leser, ohne besondere 
Vorkenntnisse von ihm zu verlangen, von den gewaltigen 
Errungenschaften der letzten Jahre in Kenntnis. Mit der Ent- 
deckung der Röntgenstrahlen begann im Jahre 1895 auf dem 
Gebiete der Physik eine Zeit der Entdeckung grundlegendster 
Art; aber auch die Chemie, Physiologie und Biologie be- 
finden sich heute in einem so gewaltigen Umbildungsprozeß, 
daß es nicht nur dem Femerstehenden, sondern auch dem 
mit der Entwickelung auf einem Spezialgebiete Vertrauteren 
schwer wird, dem Fortschritt auf der ganzen Linie zu folgen. 
Das vorliegende Buch ist geeignet, hier helfend einzugreifen, 
zumal, da die Obersetzung deutschen Verhältnissen angepaßt 
wurde. Die Porträts führen die hauptsächlichsten Entdecker 
und Forscher der letzten Jahre im BUde vor. 

Dentsehe Llteratnrzeitong: Die großen Probleme der Wissenschaft 
werden in großer Vollständigkeit abgehandelt und in einer Weise, die vom 
wissenschaftlichen Standpunkte aus völlig unanfechtbar ist. — Die Über- 
setzung ist wohl gelungen und liest sich fließend. — So darf das von der 
Verlagsbuchhandlung sehr schön ausgestattete Buch als eine erfreuliche 
Bereicherung auch der deutschen Literatur angesehen werden. E. Gerlanä, 



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